JPH02156730A - ディジタルアナログ変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は入力ディジタル量に比例したアナログ電流量を
出力する電流出力型ディジタルアナログ（以下ｒＤ／Ａ
Ｊと略称する）変換器に関し、特に、そのディジタル量
と電流】との間の比例直線性の改善に関するものである
。

［従来の技術］ 第４図を参照して、従来のＤ／Ａ変換器の一例が概略的
な回路図で示されている。図解の簡略化と明確化のため
に、第４図のＤ／Ａ変換器は比較的少数のビット数ｎ−
３のディジタル入力端子１を備えている。３つのディジ
タル信号Ｄ２．Ｄ。

およびＤｏは対応するそれぞれの入力端子１に入力され
、３ビツトの２進符号を構成する。したがって、アナロ
グ出力信号は２３−８段階（一般には、２″段階）の電
流量となる。入力された２進符号はデコーダ２によって
デコードされる。入力ディジタル量に比例するように変
換された出力アナログ量は、第１の出力線３０３および
第１の出力端子３０１を介して、電流量として表わされ
る。

他方、第２の出力線３０４と第２の出力端子３０２を介
して、第１の出力端子３０１を流れる電流量と相補的な
電流量が流される。

定電流源４０１〜４０７は、電圧入力端子８から与えら
れるバイアス電圧Ｖａによってバイアスされ、互いに等
しい単位電流を流すように意図されている。定電流源４
０１〜４０７のそれぞれに対応して切換スイッチ５０１
〜５０７が設けられている。切換スイッチ５０１〜５０
７は、デコーダ２から出力される切換制御信号を伝送す
る制御線６０１〜６０７によって制御され、対応する定
電流源４０１〜４０７を第１出力線３０３と第２出力線
３０４のいずれかに接続する。

定電流ｉｌｌ！４０１〜４０７の配列に沿って接地線７
０が配置されており、接地線７０の一端は接地点７で接
地されている。定電流源４０１〜４０７のそれぞれから
流出した電流は、接地線７０に沿った異なる位置にある
それぞれの接続ノード７０１〜７０７を介して接地線７
０に流入する。

以上のように構成された第４図のＤ／Ａ変換器において
、定電流源４０１〜４０７のそれぞれに流れる単位電流
を■。とすれば、接地点７へは７Ｉｏの電流が流入する
。一方、出力端子３０１に流れる電流は切換スイッチ５
０１〜５０７の状態によって０．ＩＱ、２１ｏ、３１ｏ
、４１０，５Ｉｏ、６１ｏおよび７■。の８段階に変化
し、これがＤ／Ａ変換器の出力アナログ量を表わすこと
になる。たとえば入力信号としてＤ２Ｄ、Ｄｏ−［０１
１］のディジタル値が入力された場合、これは１０進数
で数値「３」を表わすので、切換スイッチ５０１〜５０
７のうち任意の３個を左に倒し、残りのスイッチを右へ
倒せば第１の出力端子３０１に流れる電流は３Ｉｏとな
る。第４図に示す従来の装置では図の左端から順に３個
のスイッチ５０１，５０２および５０３が左へ倒され、
第１の出力端子３０１には３Ｉｏの電流が流れ、第２の
出力端子３０２には４１ｏ　　（＝７１ｏ−３１０）の
電流が流れるように意図されている。

しかし、接地線７０の内部抵抗は０ではないので接地線
７０による電圧降下が生じ、各定電流源４０１〜４０７
に加えられる実際のバイアス電圧は接地点７に最も近い
定電流源４０１において最大になり、接地点７から最も
遠い定電流源４０７において最小となる。

第５Ａ図は各定電流源４０１〜４０７を流れる実際の電
流量を示すグラフであり、その電流量の平均値をＩｏと
すれば、各定電流源４０１〜４０７を流れる実際の電流
量は接地線７０による電圧降下のために一般に！。とは
異なっている。したがって、たとえば第４図に示すよう
に切換スイッチ５０１，５０２および５０３だけが左に
倒されて定電流源４０１，４０２および４０３へ出力端
子３０１から電流が流入する場合、その電流量の総和は
３Ｉｏより大きくなる。このことは、一般的に言えば、
Ｄ／Ａ変換器の比例直線性が損われることを意味してい
る。

そこで、特開昭６１−２４０７１６は、定電流源４０１
〜４０７の配列の中心、すなわち定電流源が接地線に接
続される接続ノードに関連した配列の中心（第４図の場
合は定電流源４０４）に対し、対称な配列位置にある定
電流源を順次第１出力線３０３に接続するように制御す
るＤ／Ａ変換器を開示している。

配列の中心から互いに対称な配列位置にある２つの定電
流源を実際に流れる電流は、接地線の電圧降下作用によ
って、平均電流！。に対してほぼ等量分多いか少ないか
の対照的な関係にある。したがって、スイッチ制御手段
６０１〜６０７によって第１の出力線３０３に接続され
る定電流源を互いに対称な配列位置のものを選ぶことに
より、定電流源に流れる平均値Ｉ。より多い電流と定電
流源に流れる平均値ｌ。より少ない電流とを互いに打消
し合わせることができる。その結果、Ｄ／Ａ変換器の比
例直線性を改善することができるのである。

しかし、定電流源４０１〜４０７を流れる実際の電流量
は、それらの定電流源を構成するトランジスタのしきい
値電圧のばらつきによっても影響を受ける。すなわち、
同一の半導体チップ上に１列に並んで形成されたトラン
ジスタのしきい値電圧は、その配列の方向に沿って谷形
または山形の分布を示すことが多い。したがって、１列
に整列された定電流源４０１〜４０７を流れる電流量は
、第５Ｂ図に示された谷形の分布、または逆の山形の分
布となる傾向にある。

第５Ｃ図は、接地線７０の内部抵抗による影響とトラン
ジスタのしきい電圧のばらつきによる影響が複合された
結果として定電流源４０１〜４０７を実際に流れる電流
量の分布を示している。すなわち、第５Ｃ図のグラフに
示された電流量分布は、第５Ａ図と第５Ｂ図に示された
グラフの電流量分布を複合した分布となっている。

［発明が解決しようとする課Ｈ 特開昭６１−２４０７１６に開示された技術は第５Ａ図
のような電流量分布を有する定電流源配列を備えたＤ／
Ａ変換器の比例直線性を改善するのには有効であるが、
第５Ｃ図のような電流量分布を有する定電流源配列を備
えたＤ／Ａ変換器の比例直線性を改善するには不十分で
ある。

そこで、本発明は、定電流源配列が第５Ｃ図のような電
流量分布を有する場合にも優れた比例直線例を示し得る
Ｄ／Ａ変換器を提供することを目的としている。

°［課題を解決するための手段］ 本発明によるＤ／Ａ変換器は、所定の順序に配列された
複数の定電流源と、複数の定電流源のそれぞれから流出
した電流が互いに異なった位置で流入するように定電流
源の配列に沿って配置されかつ一端が接地された接地線
と、変換器によって入力ディジタル信号から変換された
アナログ信号を出力する第１の出力線と、変換されたア
ナログ信号と相補的なアナログ信号を出力する第２の出
力線と、第１の出力線および第２の出力線のいずれかか
ら定電流源に電流を流入させるために定電流源のそれぞ
れに対応して設けられた複数のスイッチと、複数のスイ
ッチのそれぞれのためのスイッチング制御信号を出力す
るように入力ディジタル信号をデコードするデコーダと
、デコーダに応答して複数の定電流源を所定の順序と異
なる第２の順序で第１の出力線に接続するように複数の
スイッチを制御する複数の制御線とを備え、第２の順序
は、定電流源の配列の中央で分けられた第１のグループ
と第２のグループのうちいずれか１つのグループ内の２
つの定電流源が選ばれる度ごとの後に他方のグループ内
の定電流源が選ばれ、同一のグループ内においてはその
グループ内の定電流源の配列の中央に関して対称に定電
流源が選ばれるような順序であることを特徴としている
。

［作用］ 本発明によるＤ／Ａ変換器においては、定電流源の配列
の中央で分けられた第１のグループと第２のグループの
うちいずれかから１つのグループ内の２つの定電流源が
選ばれる度ごとの後に他方のグループ内の定電流源が選
ばれ、同一のグループ内においてはそのグループ内の定
電流源の配列の中央に関して対称に定電流源が選ばれて
第１の出力線に接続されるように、制御線によってスイ
ッチが制御される。したがって、定電流源の第１のグル
ープと第２のグループとの間で異なった電流量分布の形
態を有するＤ／Ａ変換器においても、優れた比例直線性
を実現することができる。

［実施例］ 第１図を参照して、本発明の一実施例によるＤ／Ａ変換
器が概略的な回路図で示されている。第１図のＤ／Ａ変
換器は第４図のものに類似しているが、デコーダ２ａが
出力するスイッチ制御信号６０１〜６０７の出力順序が
異なっている。

すなわち、入力ディジタル値の増大に伴なって定電流源
４０１〜４０７を第１の出力線３０３に接続していく順
序を定めるにあたって、定電流源４０１”−４０７の配
列は、その中央を境として、定電流源４０１〜４０４を
含む第１のグループと定電流源４０５〜４０７を含む第
２のグループとにグループ分けされている。そして、ま
ず第１のグループ内の定電流源４０１が選択されれば、
次に同じ第１のグループ内の定電流源配列の中央に関し
て対称な定電流源４０４が選択される。１つのグループ
内で対称な定電流源が２つ選択される度ごとの後に、他
方のグループ内の１つの定電流源が選択される。すなわ
ち、第１グループ内の対称な２つの定電流源４０１と４
０４が選択された後には、第２グループ内のたとえば定
電流源４０７が選択される。第２グループ内の１つの定
電流源４０７が選択された後には、第１グループ内の選
択順序と同様に、第２グループ内で対称な定電流源４０
５が選択される。第２グループ内で対称な２つの定電流
源４０７と４０５が選択された後には、再び第１グルー
プ内の１つの定電流源が選択される。以上のような選択
順序を繰返していくことによって、入力ディジタル値の
増大に伴なって、第１出力線３０３に接続される定電流
源の数が増大していくのである。

なお、入力ディジタル値が減少する場合は前述と逆の手
順によって定電流源を第１出力線３０３から切離して第
２出力線３０４に接続していけばよいことが理解されよ
う。

以下において、具体的数値による電流量分布を有する定
電流源配列を備えたＤ／Ａ変換器に本発明と特開昭６１
−２４０７１６の発明を適用して、それらのＤ／Ａ変換
器の比例直線性を比較する。

第２図は、１５個の定電流源４０１〜４１５の配列にお
ける具体的電流量分布の一例を示すグラフである。１５
個の定電流源４０１〜４１５を備えたＤ／Ａ変換器は４
桁の２進数をアナログ電流量に変換し得ることが理解さ
れよう。１５個の定電流源４０１〜４１５のすべてが第
１の出力線３０３に接続されるとき、出力端子３０１を
流れる最大出力電流量は９３（任意単位）となる。した
がって、定電流源４０１〜４１５の１個あたりの平均出
力電流量■。は、 １０−９３／１５−６．２ となる。すなわち、Ｄ／Ａ変換器が完全な比例直線性を
有する場合には、第１出力線３０３に接続された定電流
源の数に依存して、１ｏ−６，２の整数倍の理想出力電
流が流れることになる。

ここで、特開昭６１−２４０７１６によれば、ディジタ
ル値の増大に伴なう定電流源の選択順序は、定電流源４
０１，４１５，４０２，４１４゜４０３．４１３，４０
４，４１２，４０５，４１１．４０６，４１０，４０７
，４０９．そして４０８の順となる。他方、本発明によ
れば、その選択順序は定電流源４０１，４０８，４１５
，４０９．４０２，４０７，４１４，４１０，４０３゜
４０６．４１３，４１１，４０４，４０５．そして４１
２の順となる。

表１ 表■ 表■と■は、それぞれ特開昭６１−２４０７１６の発明
と本発明を適用した場合の実際のアナログ出力電流量、
およびその理想出力電流量からの偏差を示している。ま
た、第３Ａ図と第３Ｂ図は、それぞれ表Ｉと表■におけ
るアナログ出力電流量を示したグラフである。これらの
表とグラフから明らかなように、特開昭６１−２４０７
１６の発明による最大偏差は４．６であり、本発明によ
る最大偏差２．８よりかなり大きくなっている。また、
特開昭６１−２４０７１６の発明による偏差は、その最
大偏差のみならず、全体的に本発明の偏差よりかなり大
きくなっていることが明らかであろう。′すなわち、本
発明によるＤ／Ａ変換器は、特開昭６１−２４０７１６
によるＤ／Ａ変換器より優れた比例直線性を有している
ことになる。

なお、以上の実施例では、定電流源配列を構成するトラ
ンジスタのしきい値電圧のばらつきが谷形の分布を有す
る場合について主に述べたが、山形の分布を有する場合
にも本発明が有効であることが理解されよう。

また、第２図において定電流源４０９ないし４１５の電
流量が一定となっているが、定電流源４０９から４１５
にかけて電流量が漸増または漸減する場合にも本発明を
有効であることが理解されよう。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、定電流源配列の中央で
分けられた定電流源の第１のグループと第２のグループ
との間で異なった電流量分布の形態を有する場合にも、
優れた比例直線性を示すＤ／Ａ変換器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるＤ／Ａ変換器を示す
概略的な回路図である。 第２図は、定電流源配列における電流量分布を示すグラ
フである。 第３Ａ図は先行技術によるＤ／Ａ変換器における比例直
線性を示すグラフであり、第３Ｂ図は本発明によるＤ／
Ａ変換器における比例直線性を示すグラフである。 第４図は、従来のＤ／Ａ変換器を示す概略的な回路図で
ある。 第５Ａ図ないし第５Ｃ図は、定電流源配列における電流
量分布を示すグラフである。 図において、１はディジタル符号入力端子、２および２
ａはデコーダ、７は接地点、８はバイアス電圧入力端子
、７０は接地線、３０１は第１の出力端子、３０２は第
２の出力端子、３０３は第１の出力線、３０４は第２の
出力線、４０１〜４０７は定電流源、５０１〜５０７は
切換スイッチ、６０１〜６０７はスイッチ制御線、そし
て７０１〜７０７は接続ノードを示す。 なお１、各図において、同一符号は同一内容または相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ディジタルアナログ変換器であって、 所定の順序に配列された複数の定電流源と、前記複数の
   定電流源のそれぞれから流出した電流が互いに異なった
   位置で流入するように前記定電流源の配列に沿って配置
   されかつ一端が接地された接地線と、 前記変換器によってディジタル信号から変換されたアナ
   ログ信号を出力する第１の出力線と、前記変換されたア
   ナログ信号と相補的なアナログ信号を出力する第２の出
   力線と、 前記第１の出力線と前記第２の出力線とのいずれかから
   前記定電流源に電流を流入させるために前記定電流源の
   それぞれに対応して設けられたスイッチング手段と、 前記スイッチング手段のそれぞれのためのスイッチング
   制御信号を出力するように入力ディジタル信号をデコー
   ドするデコーダ手段と、 前記デコーダ手段に応答して、前記複数の定電流源を前
   記所定の順序と異なる第２の順序で前記第１の出力線に
   接続するように前記スイッチング手段を制御する制御手
   段とを備え、前記第２の順序は、前記定電流源配列の中
   央で分けられた第１のグループと第２のグループのうち
   いずれか１つのグループ内の２つの定電流源が選ばれる
   度ごとの後に他方のグループ内の定電流源が選ばれ、同
   一のグループ内においてはそのグループ内の前記定電流
   源の配列の中央に関して対称に前記定電流源が選ばれる
   ような順序であることを特徴とするディジタルアナログ
   変換器。